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热风炉技术

豫兴悬链线顶燃式热风炉高风温、稳定运行的正确操作方法

发布时间:2019-11-05点击量:25

 

迄今为止,顶燃式热风炉已成为炼铁行业投资与产出性价比最佳的节能、环保、高风温技术。其中,豫兴悬链线顶燃式热风炉,由于具有高风温、高效率、稳定的 NOx 超低排放和长寿等特点,越来越受到专家的肯定和用户的青睐。

 

1 豫兴悬链线顶燃式热风炉发展现状

 

2007 年 12 月 28 日 , 山西建邦集团通才公司 450m³ 高炉配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉建成投产,它是世界上投产的第一座豫兴悬链线顶燃式热风炉,标志着其成功走向工业化应用。该热风炉设计空气单预热 200℃、设计热风炉送风温度 1150℃,采用孔径40mm 7 孔高铝格子砖,投入运行至今实现最高月平均风温1246℃,比设计风温高 96℃。截至目前,该热风炉已经安全稳定运行 12 年,中途冷炉更换格子砖时进行了查看,结果显示,燃烧器结构、拱顶结构、炉体结构、热风出口结构没有损坏,该炉没有实施过中小修。由于使用风温比设计风温提高近 100℃,依据当时的设计风温和用户要求,格子砖采用了适应 1150℃的高铝格子砖, 使用风温的提高,导致高铝格子砖出现了渣化和变形堵塞而更换为硅质格子砖,迄今该组热风炉还在稳定高风温运行。

首套豫兴悬链线顶燃式热风炉的高风温特点和稳定结构,受到很多炼铁用户的关注和赞许,促进了豫兴悬链线顶燃式热风炉技术快速发展。

2012 年 7 月, 豫兴公司承揽的、影响钢铁行业的山西通才 1860m³高炉 1300℃高风温悬链线顶燃式热风炉投产。该高炉设计配置为四座顶燃式热风炉、两座预热炉,于当年10 月、11 月实现了月平均风温 1314.7℃,创造了中国历史最高风温纪录,并保持至今。2018 年 4 月,该高炉扩容改造时凉炉进炉查看,结果显示,四座热风炉除了一座拱顶有 1.5㎡ 大约 10cm 厚度剥落外,其他部位和其他热风炉拱顶结构完好没有损坏,四座热风炉燃烧器和热风出口仍旧保持建设初期的状态没有丝毫的损坏,格子砖床面没有凸起和凹陷,这些说明烟气流场分布均匀。实践证明,豫兴顶燃式热风炉具有稳定、长寿、节能和高风温的优点。

从 2007 年第一套悬链线顶燃式热风炉投产至今, 在国内外已经拥有悬链线顶燃式热风炉业绩 400 余座(不含160 余座小拱顶豫兴顶燃式热风炉),配套的高炉炉容 450- 3200m³不等。豫兴悬链线顶燃式热风炉工程遍布中国、印度、越南、印尼,正通过欧洲冶金设计院合作联合向欧美国家发展。

 

2 豫兴悬链线顶燃式热风炉特点

 

通过大量的实践证明,豫兴悬链线顶燃式热风炉较其它热风炉有着明显的优势,主要表现在以下几个方面。

 

2.1 安全、稳定和长寿

 

合理的结构是悬链线顶燃式热风炉具有安全、稳定和长寿优势的基础。悬链线顶燃式热风炉的悬链线拱顶、预燃室燃烧器及直段热风出口独立支撑在炉壳之上,应力分散,结构合理;对煤气环道和连接燃烧器的煤气短管中残存的一氧化碳进行安全处理,无爆震、无脉动、不回火,避免燃烧器损坏,安全无隐患;燃烧器空、煤气喷嘴布置在预燃室上端呈环形交错排列,采用垂直上喷短焰燃烧技术,形成环形气幕,将燃烧室中心高温燃烧区与燃烧室炉衬分隔开,烟气形成旋流加涡流,混合均匀,燃烧完全。

 

2.2 风温高、热效率高

 

豫兴悬链线顶燃式热风炉热效率高,为83.5%-88.41%, 空气过剩系数为 1.02-1.06时将煤气完全燃尽,提高了风温、节约了煤气,创月平均风温1314.7℃的中国历史纪录。

 

2.3 拱顶与送风温差小

 

拱顶温度与送风温差在30-50℃。拱顶温度与送风温差小,提升风温潜力大,在提高风温的同时,降低了拱顶温度,大大降低了氮氧化物的生成,符合环保政策、又避免了炉壳晶间腐蚀的产生。

 

2.4 环保

 

豫兴悬链线顶燃式热风炉可以实现超低氮氧化物排放。2019 年 6 月至 7 月, 豫兴公司委托两个权威环保监测部门对河北省敬业钢铁公司、澳森钢铁公司、中铁装备制造、唐山瑞丰钢铁公司、秦皇岛安丰钢铁公司、纵横丰南钢铁公司等 14 座1000-3000m³级别高炉配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉随机测试,结果显示,每立方米烟气成分中 NOx 排放在20-40mg。

 

2.5 自行调节烟气、冷风流场

 

均压均流格子砖能够自行调节烟气、冷风流场分布,能够大大提高格子砖的利用率,提高风温,节能降耗。

 

豫兴悬链线顶燃式热风炉技术不是照搬复制,而是根据生产实践,不断调查、研究和分析,进行灵活多样的创新和改进。通过长期实践总结和不断的优化改进,使豫兴热风炉热效率比其它顶燃式高出 3.5%-8.5%、风温突破 1314.7℃至今未被行业其他技术所超越、排放的氮氧化物比国家制定的标准低 81.25%、烟气成分中的一氧化碳成分低于100ppm、拱顶温度和送风温差小于50℃、尤其是与豫兴顶燃式热风炉配套的孔孔互通格子砖可以有效的提高格子砖的利用率从而提高风温。近20年的深入研究、调查实践、不断改进优化成就了豫兴顶燃式热风炉成为主流领先的国际技术。

 

3 典型损坏案例分析及正确操作方法

 

目前,豫兴热风炉已经遍布中国乃至世界。但是,豫兴热风炉技术在完善、发展的过程中,也出现了一些问题。统计数据显示,由于操作不当、管理不到位、安全操作程序的改动等因素,造成一些豫兴顶燃式热风炉损坏,损坏率为2.18%。为此,公司针对 550 座豫兴顶燃式热风炉在高风温运行中出现的一些典型损坏案例,做了调查研究并制定了对应的技术措施。

 

典型案例一

 

2010年建成投产的某1200mm³高炉配套的豫兴悬链线顶燃式热风炉,投产后风温维持在 1200-1280℃之间,热风炉悬链线拱顶采用高铝质耐材砌筑,该组热风炉稳定高风温运行至2015年时出现了拱顶塞头及相邻周边耐火砖脱落、其中一座热风炉的拱顶中部出现了一米见方的孔洞,而三座顶燃式热风炉的热风出口、燃烧器喷嘴、格子砖保持完好。针对汉中顶燃式热风炉出现的问题,豫兴公司进行了认真地调查分析,认为其主要原因如下:

(1)设计教训

设计的热风炉入炉风温要求大于 1200℃(实际使用风温有时大于1250℃)。对于燃烧室拱顶高温区域,豫兴拟采用优质硅砖材料,但用户坚持采用热缩性能的低蠕变高铝耐材,导致拱顶局部损坏的结果。此后,公司对高风温热风炉均坚持采用硅砖,这样的案例再无发生。坚持设计理念,才能彻底避免类似问题的发生,消除后续高风温拱顶损坏的隐患。

(2)砌筑因素

由于悬链线拱顶具有一定的自然弧度,因此,必须选择有砌筑悬链线拱顶经验的砌筑师或队伍砌筑,否则会因砌筑因素,导致热风炉拱顶严重损坏或缩短寿命,图 1 是拱顶塞头加工后的砌筑照片。

(3)维护不当

热风炉就像汽车一样,在运行到一定时间时,由于耐材高铝的线膨胀后热缩性能导致炉壳与耐材之间形成了一定的空隙,这样就需要灌浆维护处理。但由于用户没有保养维护意识,导致炉壳和耐材之间长期高温,致使耐材脱落而持续损坏。因此,热风炉从设计控制过程就必须淘汰高温区域采用高铝砖砌筑,炉壳和砌筑一定要使用有经验的安装施工队伍进行砌筑,在使用过程中强调维护保养,热风炉一定能够稳定长寿。

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图1 拱顶塞头加工后砌筑照片

典型案例二

 

2012年建成投产的某1200m³高炉配套了豫兴悬链线顶燃式热风炉,热风炉投产后实现了1230-1280℃高风温。2015 年初,通过人孔和窥视孔清楚看到煤气和空气喷嘴有严重损坏的状态,但同时欣慰地看到热风炉拱顶完好无损、热风出口完好无损、格子砖完好无损。根据喷嘴损坏的状况,豫兴专家判断是安全氮气吹扫存在问题,随即到操作室了解情况,确认造成燃烧器喷嘴损坏的真正原因是氮气吹扫被叫停或氮气吹扫不足(见图2)。类似这样的案例在另一家单位也同样出现过。所以,热风炉的氮气吹扫是保障热风炉结构稳定、长寿、节能、高效、高风温的重要条件,豫兴在此也希望用户尊重设计理念,不要随便变更设计规范操作程序,避免类似事故发生。

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图2 氮气吹扫

典型案例三

 

某企业热风炉出现大墙、格子砖严重损坏并导致炉箅子损坏的现象。由于目前的热风炉风温高,选择的高温区域耐火材料都是抗热震性能很差,但耐高温条件很好的优质硅砖,在高温使用条件下,与大量的水相遇就会发生碎裂现象。这家单位的高温水冷阀门严重损坏漏水,持续长时间漏出的水流进热风炉内部,造成蓄热室大墙严重碎裂倒塌,格子砖严重碎裂下沉(见图3,热风出口下端水流痕迹和损坏状况),造成了热风炉大修和重大经济损失。切记水不能进入热风炉,一旦进入除了损坏炉体结构外,还有可能产生瞬间水蒸气无法释放的大爆炸。因此,热风炉稳定长寿的综合责任管理非常重要,企业要加强管理,责任要落实到位。

经过多年的发展,豫兴悬链线热风炉已经大量配套应用于高炉。在实践中,该热风炉故障率非常低,仅因操作不当、变更操作程序造成的热风炉损坏率也仅仅在 2% 左右,这是该热风炉结构简单、受力合理的体现。从典型损坏案例的调查研究中可以看出,它们不属于设计问题。尽管如此,我们仍然需要深入研究影响热风炉稳定、长寿、高风温的各种因素,为我国钢铁工业的技术进步作出更大的贡献。

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图3 热风出口下端水流痕迹和损坏情况

 

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